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为迎接新视觉时代,图像传感器正面临重大变革

时间:2018-05-24 作者:邵乐峰 阅读:
人眼视觉时代是否已成为过去还有待商榷,但是在人工智能的发展和应用的推动下,机器视觉的广泛应用无疑是在加速的……

有人说,人眼看图的时代已经过去,机器看图的时代正在到来。当《电子工程专辑》记者询问安森美半导体(ON Semiconductor)图像传感器部全球市场及应用工程副总裁易继辉是否认同这一观点时,他回复说,“人眼视觉时代是否已成为过去还有待商榷,但是在人工智能的发展和应用的推动下,机器视觉的广泛应用无疑是在加速的。”
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安森美半导体(ON Semiconductor)图像传感器部全球市场及应用工程副总裁易继辉bEOEETC-电子工程专辑

创造超越人眼的新视觉bEOEETC-电子工程专辑

这是安森美图像传感器部对自身使命给出的新定义,但如何将这种使命从口号变为现实?成为摆在易继辉面前的一道难题。bEOEETC-电子工程专辑

“要实现创造超越人眼的成像,关键是不断地创新。”他对记者说,人眼是人体中最复杂、最精密的器官之一,因此创造超越人眼的视觉是一项极具挑战且过程复杂的工作,它要求我们在许多领域进行创新,例如设计、材料、制造工艺、图像信号处理、光学等。安森美半导体的优势在于不但具有自主创新的DNA,还打造了许多业界首创的产品和技术,且积累了业界最大的知识产权组合,加上全球顶尖工程人才的储备以及与客户和生态系统合作伙伴的密切合作,使得公司能够持续投入创新并不断开发未来的技术。bEOEETC-电子工程专辑

另一方面,随着AI对人类未来的生活和工作方式正在产生广泛的影响,目前正在发生的一个趋势就是对“边缘AI”或“终端侧AI”的需求正在提高,对智能相机和智能视觉的需求正在增加。易继辉预计,在成像业务方面,AI将会极大影响当前设计和制造图像传感器的方式,改变设计和构建成像方案的方法,使得智能成像和自适应成像方案成为创新的一个新前沿。例如在自适应成像中,图像传感器将能够采集并提供只对AI算法有用和重要的图像信息。同时,加速采用多晶圆堆叠(multi-wafer stacking)也会成为新趋势。晶圆堆叠将把图像采集、信号处理、图像感知和物体识别等多种性能高度集成在智能终端设备中成为可能。bEOEETC-电子工程专辑

机器看图的时代正在到来bEOEETC-电子工程专辑

一般来说,今天的成像产品有两大类的应用:视觉(viewing)和感测(sensing)。视觉是指人眼视觉,即拍摄的图像(图片和视频)主要用于为人眼所看并领会;感测是指机器视觉,即用于算法或机器学习理解而拍摄的图像。也就是说,在人眼视觉中,图像是为人眼所见并欣赏的,因此图像通常需要做到清晰、细致、色彩丰富且美观。而在机器视觉中,图像则需提供足够的信息,例如边缘、形状、大小等,用于算法读取并理解。bEOEETC-电子工程专辑

“人眼视觉和机器视觉并无孰优孰劣之分,因为两者服务于不同的目的和应用。过去人眼视觉主导着成像应用和开发,随着人工智能的发展和对智能边缘设备的强劲需求,我们预期会有更多机器视觉应用的技术和产品创新。”易继辉说。bEOEETC-电子工程专辑

机器视觉应用非常广泛且多样化,涵盖了包括电子制造、平板检测、机器人、物流等在内的多个细分市场。目前,中国已成为全球机器视觉市场增长最快的国家。随着中国制造2025计划的实施,中国正在试图改变低成本制造工厂的形象,并建立其作为高品质和创新产品品牌的声誉。如何建立强大的以高品质和创新为本的企业文化和承诺,正成为中国企业面临的挑战和机遇。bEOEETC-电子工程专辑

根据易继辉的介绍,为了能够捕捉移动物体的清晰图像,全局快门技术已成为机器视觉市场的基本要求,其效率高低是关键的性能指标之一。例如在平板检测应用中,对更高分辨率、更佳图像均匀性和更高快门速度的需求在不断提升,其驱动力主要来自于更高的面板分辨率(4K和8K)和生产力的提升,为支持这些需求,高性能小像素技术至关重要;而在机器人和电子制造应用中,智能相机和智能视觉也正成为重要的推动因素。 bEOEETC-电子工程专辑

在工业领域,安森美最新推出了X-Class平台两款产品,包括具有4K超高清(4096 x 2180)分辨率的XGS 8000和具有1200万像素(4096 x 3072)分辨率的XGS 12000。两款器件的封装尺寸均结合低散热,是X-Class接口的低电压、低功耗架构所造就的,能够完全兼容紧凑的29x29 mm2摄像机设计。XGS 12000和XGS 8000将于2018年第二季度开始提供样品,并计划于第三季度量产。两款器件均采用单色和彩色配置的163引脚LGA封装。未来X-Class系列产品还将加入基于3.2 um XGS像素的器件和基于其他像素架构的产品。bEOEETC-电子工程专辑

没有单一技术可适用于所有应用bEOEETC-电子工程专辑

由于车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展,以及越来越强大的手机拍照功能(例如双摄像头或三摄像头),全球CMOS图像传感器销售额屡创新高,市场调研机构IC Insights统计,2017年销售额为125亿美元,同比增长19%,预计2018年CMOS图像传感器销售额有望达到137亿美元,同比增长10%,将连续八年创历史记录。再向后看,该机构认为,一直到2022年,CMOS图像传感器都将保持出货量与销售额年年创新高的趋势。bEOEETC-电子工程专辑

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IC Insights在其最新报告中指出,CMOS图像传感器应用范围不断拓展,新兴应用持续涌现,一直在蚕食CCD(电荷耦合器件)的市场份额。由于智能手机市场日趋成熟,2016年CMOS图像传感器增长仅有6%,但非手机应用市场飙升,导致CMOS传感器市场在2017年同比大增19%,对比一下,CCD就异常惨淡,2016年尚增长5%,但2017年竟然下跌2%,销售额为16亿美元。bEOEETC-电子工程专辑

安森美半导体在CCD和CMOS两种图像传感器技术领域均有布局。在易继辉看来,CMOS事实上已取代CCD成为用于中低分辨率和大体量应用的主流技术。但他也同时提醒行业说,目前市场上有误解,认为CMOS技术适用于所有应用,并人为地去开发并不适合CMOS技术的产品和应用,这种做法是绝对错误的。
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没有单一技术可适用于所有应用bEOEETC-电子工程专辑

“CCD技术在某些应用中仍具很高的竞争优势,比如在高图像性能和高分辨率至关重要的应用中,我们看到CCD仍具优势且需求强劲。”易继辉列举的CCD技术的第一个应用案例来自4K/8K显示器的检测,另一个则来自EMCCD,这种CCD技术可在极微光条件下提供超高灵敏度,而这正是CMOS技术难以实现的。因此,他认为为了取得市场的成功和为终端客户提供最优化的产品及服务,慎重选择合适的技术是非常重要的,这些技术可为特定应用提供量身定制的优化方案,而非采用一刀切的方式。bEOEETC-电子工程专辑

三大领域的完整布局bEOEETC-电子工程专辑

安森美半导体图像传感器主要集中在工业、消费和汽车三大领域。总体而言,所有成像应用有着许多共同的趋势和要求,例如更佳的成像性能、更低的成本、更低的功耗等等,但每个细分市场基于其独特的应用又会有一些特定的要求。bEOEETC-电子工程专辑

在汽车市场中,随着ADAS和自动驾驶的需求日益增加,高动态范围(HDR)和低光灵敏度变得非常重要,因为相机被期待能在所有环境条件下工作,例如阳光直射、以及夜间有/没有路灯的条件下;由于越来越多的交通信号灯和交通标志配备了LED灯,消除LED闪烁(LFM)的功能已成为汽车图像传感器的基本要求;在工业自动化和机器视觉领域,为捕获快速移动物体的清晰图像,全局快门已成为重要的要求;在消费类以及尤其是物联网应用中,超低功耗已成为那些靠电池供电应用的重要差异化因素。此外,安森美还是业内首家能够提供具有功能安全和网络安全功能图像传感器产品阵容的公司。bEOEETC-电子工程专辑

工业市场布局前文已有阐述,这里,我们将重点关注汽车与消费两大市场。bEOEETC-电子工程专辑

  • 汽车

新型CMOS图像传感器在光度等级、拍照速度与分辨率等方面都在不断改善,并针对安防监控、机器视觉、人脸识别、手势交互、虚拟与增强现实,以及医疗系统等应用集成了更多专用功能,已经成为不争的事实。IC Insights预计,未来5年,车载应用将是CMOS图像传感器各主要应用市场中增速最快的方向,2022年车载CMOS图像传感器销售额可达28亿美元,年复合增长率高达38.4%。bEOEETC-电子工程专辑

十多年前,安森美开发了全球首款汽车图像传感器,目前出货量累计超过3亿颗,支持包括后视、环视、疲劳监控、电子后视镜、ADAS和自动驾驶在内的全范围汽车应用。数据显示,安森美占据全球汽车图像传感器市场51%份额,ADAS用图像传感器占据全球70%市场。bEOEETC-电子工程专辑

但他们的“野心”显然不止于此,如何将图像传感器、雷达、光达(LiDAR)和超声波等多种感测器件相结合用于自动驾驶领域,如何成为领先的汽车自动驾驶传感器方案供应商,才是安森美的目标所在。为此,安森美在2017年收购了位于以色列的IBM雷达设计中心,计划于今年下半年推出采用雷达技术的样品,并于今年5月收购了硅光电倍增管(SiPM)、单光子雪崩二极管(SPAD)及光达(LiDAR)感测产品供应商SensL Technologies Ltd,以满足汽车自动驾驶、机器人、医疗成像等对LiDAR及传感器融合的需求。
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安森美自动驾驶方案bEOEETC-电子工程专辑

  • 消费

无人商店、销售终端、物流领域对图像传感器的需求与日俱增,亚马逊无人商店、机器人载重自动移动货架、机器人物流系统中都有安森美图像传感器的身影。其中,亚马逊GO无人商店每个货架上8个摄像头全部来自安森美;美国沃尔玛采用机器人自动扫描货架,监控货架缺货情况,每个机器人配置了15个安森美图像传感器。bEOEETC-电子工程专辑

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易继辉重点提及了中国的安防视频设备市场,其规模在2016年就已达290亿美元,并呈现出2Mp/1080P继续抢夺VGA和720P市场份额,2018年5Mp的产量将开始增长的技术趋势。bEOEETC-电子工程专辑

目前,安森美图像传感器在消费领域增长驱动力来自高端安防、扫描、无人机、物联网和OIS/CLAF,其中高端安防产品增长40%。代表性产品包括:AR0522产品近红外实现2倍改进,应用于安防;获得2018年CES创新大奖的AR0430借助同步深度映射和红绿蓝(RGB),单一成像仪同步输出,一颗摄像头即可实现3D深度影像,且功耗极低,帧数可达每秒120。bEOEETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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